(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210984365.7 (22)申请日 2022.08.15 (71)申请人 中国科学院宁波材 料技术与工程研 究所 地址 315201 浙江省宁波市镇海区庄市大 道519号 (72)发明人 杨桂林　何建辉　陈思鲁　罗竞波　 万红宇　张志辉　汤烨　陈庆盈　 张驰　 (74)专利代理 机构 南京利丰知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 32256 专利代理师 王锋 (51)Int.Cl. B25J 9/00(2006.01) B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种基于位置和距离约束的机器人标定方 法 (57)摘要 本发明公开了一种基于位置和距离约束的 机器人标定方法， 包括建立机器人的运动学模型 及基于位置约束和距离约束的运动学误差模型； 将末端标定装置安装至机器人的末端， 将几何约 束装置安装至机器人的工作空间内； 拖动机器 人， 使末端标定装置的标定球约束于几何约束装 置上的各个球座， 且每个球座以不同的构型触碰 若干次， 读取并记录每次测量的关节角数据； 辨 识相应的机器人的运动学模型参数； 将辨识得到 的运动学模型参数误差补偿到机器人的控制器 中。 本发明具有成本低廉、 便携性好、 操作简便、 不易损坏等优点。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 115319726 A 2022.11.11 CN 115319726 A 1.一种基于位置和距离约束的机器人标定方法， 其特征在于： 所述方法基于一机器人 标定装置实现， 所述机器人标定装置包括末端标定装置和几何约束装置， 所述末端标定装 置包括连接座和安装于连接座一端的标定球， 所述几何约束装置包括约束支撑座和设置于 所述约束支撑座上的多个 球座， 所述方法包括： S1， 建立模型， 所述模型包括机器人的运动学模型、 基于位置约束的第 一运动学误差模 型和基于距离约束的第二 运动学误差模型； S2， 测量安装， 包括测量所述末端标定装置上的所述标定球和所述连接座之间的第一 相对位姿， 以及所述几何约束装置上各球座之间的第二相对位姿， 测量后将所述末端标定 装置安装至所述机器人的末端， 将所述几何约束装置安装至 机器人的工作空间内； S3， 数据采集， 包括多次改变所述几何约束装置在机器人的所述工作空间中的位置， 在 每个位置都拖动机器人， 使末端标定装置的标定球约束于几何约束装置上 的各个球座， 且 每个球座以不同的构型触碰若干次， 读取并记录每次测量操作稳定后的关节角数据； S4， 参数辨识， 包括对所述关节角数据按照不同的几何约束装置位姿分成若干组， 再按 照不同的球座位置 分为若干小组， 将同一小组的数据两两配对代入所述第一运动学误差模 型中， 将同一组但不同小组的数据两两配对代入所述第二运动学误差模型中， 之后混合两 误差模型 数据， 辨识相应的机器人的运动学模型参数； S5， 误差补偿， 包括将辨识得到的所述 运动学模型参数误差补偿到 机器人的控制器中。 2.根据权利要求1所述的一种基于位置和距离约束的机器人标定方法， 其特征在于： 所 述S1中， 通过全局指数积公式建立机器人末端位姿与关节角、 关节旋量和初始位姿之间的 对应关系， 构建所述运动学模型； 通过伴随变换矩阵建立了位置约束误差与关节旋量误差、 初始位姿误差之间的对应关系， 构建所述第一运动学误差模型； 通过伴 随变换矩阵建立了 距离约束误差与关节旋量误差、 初始位姿误差之间的对应关系， 构建所述第二运动学误差 模型。 3.根据权利要求2所述的一种基于位置和距离约束的机器人标定方法， 其特征在于： 所 述全局指数积公式表示如下： 其中， T0， n+1表示机器人末端位姿在基坐标系下的坐标， si(i＝1， 2， ...， n)表示机器人 的关节旋量在基坐标系下 的坐标， qi(i＝1， 2， ...， n)表示机器人各关节的旋转角， 即关节 角， T0， n+1(0)表示机器人末端相对于基坐标系的初始位姿。 4.根据权利要求3所述的一种基于位置和距离约束的机器人标定方法， 其特征在于： 所 述第一运动学误差模型表示如下： YPC＝APCX； 其中， 表示两种不同构型下的末端位置误差， X表示待辨识的模 型参数误差， APC表示末端位置误差与模型参数误差之间的位置约束关系矩阵， 所述APC表示 为： 其中， p为名义末 端位置坐标， I3表示3×3的单位矩阵， Ad( ·)表示一齐次变 换矩阵所对权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115319726 A 2应的伴随变换矩阵， Aj(j＝1， 2)表示 为： 5.根据权利要求4所述的一种基于位置和距离约束的机器人标定方法， 其特征在于： 所 述第二运动学误差模型表示如下： YDC＝ADCX， ； 其中， 表示两种不同构型下的名义末端距离与实 际值之间的偏 差， X表示待辨识的模型参 数误差， ADC表示末端距离 误差与模型参数误差之间的距离约束关 系矩阵， 所述ADC表示为： 6.根据权利要求5所述的一种基于位置和距离约束的机器人标定方法， 其特征在于： 由 所述第一运动学误差模型和第二运动学误差模 型混合形成混合误差模型， 所述混合误差模 型表示为： Y＝AX； 其中， Y为m1个末端位置误差与m2个末端距离误差组合而成的向量， A表示由m1个位置约 束关系矩阵和m2个距离约束关系矩阵所组成的组合关系矩阵， m1和m2为大于等于1的整数。 7.根据权利要求6所述的一种基于位置和距离约束的机器人标定方法， 其特征在于： 所 述S4中， 采用最小二乘法迭代对所述运动学模型参数误差进行辨识， 所述最小二乘法公式 表示为： X＝(ATA)‑1ATY。 8.根据权利要求1所述的一种基于位置和距离约束的机器人标定方法， 其特征在于： 所 述S5中， 采用直接补偿或间接补偿的方式将辨识得到的所述运动学模型参数误差补偿 到机 器人的控制器中。 9.根据权利要求8所述的一种基于位置和距离约束的机器人标定方法， 其特征在于： 所 述直接补偿方式包括 直接修改所述控制器中的运动学模型参数。 10.根据权利要求8所述的一种基于位置和距离约束的机器人标定方法， 其特征在于： 所述间接补偿方式包括通过辨识得到的所述运动学模型参数修正目标位姿， 将修正后的所 述目标位姿输入原控制器中， 对原运动学模型进行误差补偿。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115319726 A 3